题目
已知函数 y = y(x) 满足方程 xydx = sqrt(2 - x^2) dy ,且当 x = 1 时 y = 1 ,则当 x = -1 , y = ( ).A. 1B. eC. e^-1D. -1
已知函数 $y = y(x)$ 满足方程 $xydx = \sqrt{2 - x^2} dy$ ,且当 $x = 1$ 时 $y = 1$ ,则当 $x = -1$ , $y = (\quad)$.
A. 1
B. $e$
C. $e^{-1}$
D. -1
题目解答
答案
A. 1
解析
考查要点:本题主要考查可分离变量的微分方程的解法,以及利用初始条件确定特解的能力。
解题核心思路:
- 分离变量:将方程中的变量$x$和$y$分别移到等式两边,转化为两个变量的微分形式。
- 积分求解:对两边分别积分,注意积分常数的处理。
- 应用初始条件:代入已知点$(x=1, y=1)$确定积分常数。
- 代入求值:将$x=-1$代入特解表达式,计算对应的$y$值。
破题关键点:
- 分离变量时符号处理:确保变量分离后方程的正确性。
- 积分技巧:对$\int \frac{x}{\sqrt{2 - x^2}} dx$使用代换法。
- 绝对值与符号判断:根据初始条件确定解的符号。
分离变量:
原方程 $xydx = \sqrt{2 - x^2} dy$ 可变形为:
$\frac{dy}{y} = \frac{x}{\sqrt{2 - x^2}} dx$
积分求解:
对两边积分:
$\int \frac{1}{y} dy = \int \frac{x}{\sqrt{2 - x^2}} dx$
计算右边积分:
令 $u = 2 - x^2$,则 $du = -2x dx$,即 $x dx = -\frac{du}{2}$,代入得:
$\int \frac{x}{\sqrt{2 - x^2}} dx = -\frac{1}{2} \int u^{-1/2} du = -\sqrt{u} + C = -\sqrt{2 - x^2} + C$
整理方程:
积分结果为:
$\ln|y| = -\sqrt{2 - x^2} + C$
应用初始条件:
当 $x=1$ 时 $y=1$,代入得:
$\ln 1 = -\sqrt{2 - 1^2} + C \implies 0 = -1 + C \implies C = 1$
特解表达式:
方程变为:
$\ln|y| = -\sqrt{2 - x^2} + 1 \implies y = e^{-\sqrt{2 - x^2} + 1}$
代入$x=-1$求值:
当 $x=-1$ 时:
$y = e^{-\sqrt{2 - (-1)^2} + 1} = e^{-\sqrt{1} + 1} = e^{0} = 1$